Un acero para forja que consiste en C: 0,2-1,0 % (% significa % en masa en lo sucesivo),

Si: 0,05-0,6 %; Mn: 0,2- 1,5 %: Ni: 4 % o menos (no incluye 0 %); Cr: 0,5-4 %; Mo: 0,1-1,5 %; y V: 0,005-0,3 %, respectivamente, y el resto es Fe e impurezas inevitables, en el que la concentración de Mg disuelto en el acero es de 0,04-5 ppm (ppm significa ppm en masa en lo sucesivo) y la concentración de Al disuelto en el acero es de 50-500 ppm, y las inclusiones de óxido presentes en el acero tienen una composición media que satisface las fórmulas siguientes (1) y (2):

[MgO] + [Al2O3] ≥ 40 % (1)

[MgO] ≥ 5 % (2)

en la que [MgO] y [Al2O3] indican respectivamente los contenidos presentes (% en masa) de MgO y Al2O3 en las inclusiones de óxido.

Acero para forja, proceso para la producción del mismo y producto forjado

Campo técnico

La presente invención se refiere a acero para forja y su método de fabricación y a partes forjadas que se pueden obtener mediante el uso del acero para forja anterior y, en particular, a acero para forja con inclusiones particularmente presentes en el acero refinado y al método de fabricación de dicho acero para forja y las partes forjadas que se pueden obtener mediante el uso de dicho acero para forja comentado anteriormente. Mientras que las partes forjadas preparadas a partir del acero para forja de la presente invención se usan de manera eficaz y ampliamente en campos industriales tales como maquinaria, barcos y embarcaciones, equipamiento eléctrico, etc., la explicación siguiente se lleva a cabo centrándose en la aplicación de un cigüeñal usado como miembro de transmisión de energía de una fuente de impulsión marina como ejemplo de aplicación típica.

Técnica anterior

Los cigüeñales de gran tamaño usados como miembros de transmisión de energía en fuentes de impulsión marina requieren características de fatiga superiores que raramente provocan la ruptura por fatiga, incluso en condiciones de uso bajo entorno muy agresivo.

Como método para mejorar las características de fatiga del cigüeñal, el Documento 1 que no es patente describe que se llevó a cabo un intento para mejorar las características de fatiga con un comando libre de tecnología de procesado. Con mayor concreción, el Documento 1 que no es patente indica que se adoptó el método RR (Roedere Ruget) para conseguir una mejora considerable de la resistencia a la fatiga, en comparación con un cigüeñal fabricado por medio de forjado libre y también que se aplicó un proceso en frío con rodillos para la mejora de la resistencia a la fatiga.

El Documento 2 que no es patente examina la posibilidad de mejorar las características de fatiga de aceros de baja aleación. Con mayor concreción, el Documento 2 que no es patente menciona que (1) las inclusiones en el acero resultan aptas como punto de partida de la ruptura por fatiga y que dicha inclinación es más probable que se haga evidente a medida que se produce el desarrollo de acero con mayor resistencia; (2) cuanto mayor sea el tamaño de la inclusión, es probable que la resistencia a la fatiga sea menor; y (3) cualquier material de acero que contienen inclusiones alargadas presenta tendencia a mostrar fácilmente anisotropía en la resistencia a la fatiga.

No obstante, los informes anteriores no abordan la descripción de medios concretos para llevar a cabo la conversión de la morfología de la inclusión en una forma esférica y reducir su tamaño. Por tanto, parece que se requieren estudios adicionales para llevar a cabo el control de la morfología de las inclusiones útiles para la mejora de las características de fatiga. Esto es similar al documento JP 2004 225 128.

De manera inesperada, hasta ahora se han sugerido varios métodos con respecto al método de control de la morfología para las inclusiones. Por ejemplo, en el Documento de Patente 1, se hace alguna sugerencia a un método en el que se reducen la cantidad de sulfuro y de óxido y se controla la morfología de las inclusiones como medio para la producción de acero estructural de baja aleación que presenta excelentes características en cuanto a resistencia al desgarro lamelar y resistencia a la fisuración inducida por hidrógeno. Con más detalle, la sugerencia incluye que, con el fin de evitar la generación de sulfuro de Mn que resulta perjudicial para la resistencia al desgarro lamelar y la resistencia a la fisuración inducida por hidrógeno, resulta eficaz reducir la cantidad de azufre y el contenido de oxígeno al tiempo que se añade Ca y Mg de forma simultánea.

En el Documento de Patente 2, se describe que la adición de Mg y Ca funciona de manera eficaz para evitar el desarrollo de MnS que resulta apto para el estirado durante el laminado en caliente y también el desarrollo de inclusiones de Al2O3 y sus especies relacionadas que se tienden a forma en el interior de los grupos, y además para llevar a cabo el control de la morfología de las inclusiones tal como el refinado de tamaño de partícula.

El Documento de Patente 3 y el Documento de Patente 4 muestran que mediante el refinado de tamaño extremo de las inclusiones de tipo óxido, es posible aumentar la resistencia a la fatiga superficial y la resistencia a la fatiga por flexión del engranaje con respecto al material de engranaje. Con mayor concreción, estos documentos sugieren que se debería crear MgO y MgO·Al2O3, que se encuentra menos sometidos a coalescencia, en forma de inclusiones de tipo óxido. También queda claro que la sustitución de parte del sulfuro MnS por (Mn·Mg) S puede contribuir a evitar la tendencia al estiramiento de las inclusiones y a reducir la anisotropía de la resistencia mecánica.

El Documento de Patente 5 describe que, como sulfuro, se favorece la presencia de MnS, CaS, MgS, (Ca, Mn) S y (Ca, Mg, Mn) S con el fin de obtener acero estructural para máquinas con una maquinabilidad superior. El Documento de Patente 5 aclara que si se puede controlar la morfología de sulfuro por medio de REM, Ca y Mg

presentes, es posible evitar la anisotropía de la propiedad mecánica y también mejorar la maquinabilidad hasta un nivel más elevado que el del acero de corte libre que contiene S.

No obstante, la tecnología anterior de control de morfología de las inclusiones no va destinada a partes forjadas usadas en condiciones ambientales tan severas como las que experimenta un miembro de transmisión de energía de una fuente de impulsión marina. Por tanto, actualmente, se requiere el estudio y establecimiento de un método original para el control de inclusiones destinado a acero para forja usado en la fabricación de partes forjadas que posean características de fatiga muy mejoradas.

[Documento 1 que no es patente] "Progress and Improvement of Crankshaft", Journal of the Marine Engineering Society of Japan, Octubre 1973, Vol. 8, Nº . 10, pp.54-59. [Documento 2 que no es patente] "Research on Fatigue Strength Characteristics of High-strength Crankshaft Materials", Journal of the Marine Engineering Society of Japan, 2001, Vol. 36, Nº . 6, pp. 385-390 [Documento de Patente 1] Publicación de Solicitud de Patente Japonesa Examinada Nº . 58-35255 (JP-B-58-35255) . [Documento de Patente 2] Publicación de Solicitud de Patente Japonesa Examinada Nº . 57-59295 (JP-B-57-59295) . [Documento de Patente 3] Publicación de Solicitud de Patente Japonesa No Examinada Nº . 07-188853 (JP-A-07188853) . [Documento de Patente 4] Publicación de Solicitud de Patente Japonesa No Examinada Nº . 07-238342 (JP-A-07238342) . [Documento de Patente 5] Publicación de Solicitud de Patente Japonesa No Examinada Nº . 2000-87179 (JP-A-200087179) .

Divulgación de la invención

Problemas a resolver por la invención A la vista de las circunstancias, se ha desarrollado la presente invención y tiene como objeto proporcionar un acero para forja con inclusiones refinadas para preparar partes forjadas disponibles que presenten excelentes características de fatiga y también para proporcionar el método útil por medio del cual se puede fabricar acero para forja. Otro objeto de la presente invención es proporcionar partes forjadas (en particular cigüeñales de construcción sólida) que se obtienen a partir del uso del acero para forja anteriormente mencionado y que pueden exhibir excelentes características de fatiga debido a que las inclusiones son altamente refinadas.

Medios para resolver el problema

El acero para forja de la presente invención que se ha unido de manera satisfactoria a los objetos anteriormente mencionados se proporciona en las reivindicaciones y presenta una concentración de Mg disuelto en el acero de 0, 04-5 ppm (en este momento y en lo sucesivo, ppm indica "ppm en masa") y, al mismo tiempo, presenta un punto importante debido a que la concentración de Al disuelto en el acero es de 50-500 ppm. A propósito, "concentración de Al disuelto" o "concentración de Mg disuelto" significan la concentración de Al o Mg que existe en el acero en forma de disolución de sólidos sin que se haya producido el desarrollo hasta el estado de compuesto. Por ejemplo, el valor de concentración de los elementos disueltos se puede medir por medio de espectrometría de masa de iones secundarios (SIMS) .

El acero para forja de acuerdo con la presente invención debe satisfacer los requisitos (a) de que las inclusiones... [Seguir leyendo]

1. Un acero para forja que consiste en C: 0, 2-1, 0 % (% significa % en masa en lo sucesivo) , Si: 0, 05-0, 6 %; Mn: 0, 21, 5 %: Ni: 4 % o menos (no incluye 0 %) ; Cr: 0, 5-4 %; Mo: 0, 1-1, 5 %; y V: 0, 005-0, 3 %, respectivamente, y el resto es Fe e impurezas inevitables, en el que la concentración de Mg disuelto en el acero es de 0, 04-5 ppm (ppm significa ppm en masa en lo sucesivo) y la concentración de Al disuelto en el acero es d.

5. 500 ppm, y las inclusiones de óxido presentes en el acero tienen una composición media que satisface las fórmulas siguientes (1) y (2) :

[MgO] + [Al2O3] ; 40 % (1) [MgO] ; 5 % (2)

en la que [MgO] y [Al2O3] indican respectivamente los contenidos presentes (% en masa) de MgO y Al2O3 en las inclusiones de óxido.

2. El acero para forja de acuerdo con la reivindicación 1, en el que, en la definición el área de corte transversal de las inclusiones de óxido presentes en el acero como A (!m2) , el valor medio de , A es de 160 !m o menos.

3. Productos forjados generados mediante el uso del acero para forja de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2.

4. Los productos forjados de acuerdo con la reivindicación 3, en los que dichos productos forjados son cigüeñales sólidos.

5. Un método para producir acero para forja, que comprende la producción de acero para forja que satisface la composición de ingredientes de acuerdo con la reivindicación 1, que mantiene la concentración de MgO en la escoria superior en 5 % o más y al mismo tiempo que controla la concentración de Al en el acero fundido de forma que la concentración de Al disuelto del acero se mantenga e.

5. 500 ppm durante la etapa de procesado del acero fundido.